[发明专利]基于多截面阻抗式长腰内锥及相关测速的多相流测量方法

权利要求书

1.一种基于多截面阻抗式长腰内锥及相关测速的多相流测量方法，采用的传感器包括锥体节流件、收缩压降差压变送器，电学敏感传感器，所述的锥体节流件为一种长腰内锥节流装置，由前段圆锥体、作为锥体腰部的中段柱状体、后段圆锥体三段构成，通过支架同轴固定于管道中心，与管道的管壁形成环形流通空间；所述的收缩压降差压变送器的两个取压孔，一个设置在锥体节流件上游处，另一个设置在环形流通空间处或锥体尾部；所述的电学敏感传感器包括四组分布在环形流通空间不同截面上的电极，该四组电极中有两组电极的结构和空间排列方式均相同，用于检测多相流的电导率，称为电阻电极对，另外两组电极的结构和空间排列方式均相同，用于检测多相流的介电常数，称为电容电极对；每组电极由一个或一个以上的内电极和一个或一个以上的外电极构成，内电极固定在锥体腰表面，外电极固定在管道内壁；测量时一次选通位于同一个截面上的一个内电极和其对应的外电极分别作为激励/测量电极与接地电极，该测量方法包括下列步骤：

1)采集由锥体节流件产生的两对差压信号：收缩压降差压信号Δp和永久压损差压信号δp；

2)利用电学敏感传感器采集电信号；

3)根据互相关法计算混合流体体积流量Q_v：

a、根据公式计算出液相的相关速度V₁和气相的相关速度V₂，式中，L₁、L₂分别为电阻电极对两组电极之间的间距与电容电极对两组电极之间的间距，τ₀₁，τ₀₂分别为电阻电极对间的信号延迟时间以及电容电极对间的信号延迟时间。

b、根据公式V＝K₁V₁+V_d和Q_v＝A₀V计算出混合流体体积流量Q_v，式中，V为混合流体平均流速，K₁为速度校正因子，V_d为相间滑移速度，A₀为环形流通空间的流通面积；

4)根据差压信号和电信号测量数据，进行流型的分类、识别与判断，判断出流体中连续相是导电相还是非导电相；

5)根据连续相是否是导电相，采用不同的计算模型计算油气水三相流的过程参数，

若连续相为非导电相，采用的计算模型如下：

a.根据电容电极对采集的电压信号，计算混合流体的介电常数ε_m；

b.多相流中将截面含油率α_o、截面水油率α_w、截面含气率α_g分别等效为油、水、气的体积含率，已知油相介电常数ε_o、水相介电常数ε_w及气相介电常数ε_g，根据公式和φ_o+φ_w+φ_g＝1计算出油相体积含率φ_o、水相体积含率φ_w和气相体积含率φ_g，式中ε_m为混合流体的介电常数，ρ_o、ρ_w、ρ_g为油相密度、水相密度、气相密度，C₁为收缩压降Δp为差压信号标定出的流出系数，Δp为收缩差压；

c.根据公式计算油相体积流量Q_vo、水相体积流量Q_vw和气相体积流量Q_vg；

d.根据公式计算油相流速V_o、水相流速V_w和气相流速V_g，式中，A₀为环形流通空间的流通面积，α_o为截面含油率，α_w为截面含水率，α_g为截面含气率；

如果连续相是导电相，采用的计算模型如下：

a.根据电阻电极对采集的电压信号，计算混合流体的电导率σ_m；

b.已知水相电导率σ_w，根据公式和公式α_l+α_g＝1计算出油相截面含率α_o、水相截面含率α_w和气相截面含率α_g，式中，σ_m为油水气混合电导率；

c.根据公式计算油相体积流量Q_vo、水相体积流量Q_vw和气相体积流量Q_vg；

d.根据公式计算油相流速V_o、水相流速V_w和气相流速V_g。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，构成电容电极对的各个电极在管道轴向方向的长度范围为20mm-50mm，利用互相关测量方法测量气相的相关速度V₁；构成电阻电极对的各个电极在管道轴向方向的长度范围为1mm-10mm，利用互相关测量方法测量液相的相关速度V₂。